結(jié)合OBE理念探索研討式教學(xué)在工程教育實(shí)踐課程中的應(yīng)用

胡榕 韓杰 鄭文亨

摘? 要 以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)暖通空調(diào)綜合課程設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明研討式模式在實(shí)踐課程教學(xué)中的具體應(yīng)用?；趩?wèn)題情境，通過(guò)討論分析拆解問(wèn)題任務(wù)，構(gòu)建知識(shí)框架，建立工程思維，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 OBE;新工科;工程教育;研討式教學(xué);暖通空調(diào)綜合課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）17-0065-03

0? 引言

2016年6月2日，中國(guó)正式加入“華盛頓協(xié)議”，要求按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)等效的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生，核心是培養(yǎng)“解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力[1]。同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)新一輪產(chǎn)業(yè)變革，教育部積極推動(dòng)新工科建設(shè)，探索領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式，先后形成“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。目前我國(guó)大部分高等院校的工程教育模式仍以技術(shù)范式為主，以某一基礎(chǔ)專業(yè)為核心開展相關(guān)課程的教學(xué)，著重闡釋領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)問(wèn)題，以技術(shù)的先進(jìn)性、復(fù)雜度作為成果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[2]。而工程是指數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程知識(shí)、技術(shù)和技能整體的、有目的性的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了知識(shí)、技術(shù)及技能使用的目的性和可靠性。同時(shí)，工程需兼顧社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，其要求超越了單一學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域的范疇[1]。

1? OBE理念與研討式教學(xué)

以課程為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教學(xué)環(huán)節(jié)較為簡(jiǎn)單，缺乏各課程之間相關(guān)知識(shí)的說(shuō)明、闡釋與討論;學(xué)生多以應(yīng)試為主，往往“學(xué)一門丟一門”，難以獨(dú)立、系統(tǒng)地構(gòu)建專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在掌握各門科學(xué)知識(shí)后難以形成完整的解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

為了解決工程教育與其行業(yè)實(shí)踐脫離的問(wèn)題，美國(guó)工程與認(rèn)證委員會(huì)（ABET）曾發(fā)布工程標(biāo)準(zhǔn)2000，由工程教育投入性評(píng)估轉(zhuǎn)向輸出性結(jié)果的評(píng)估，美國(guó)工程教育范式相應(yīng)地逐漸從科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)向工程實(shí)踐[3]。

宋妍[4]從美國(guó)大學(xué)教育中得到啟示，指出其采用的研討式教學(xué)法對(duì)培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、提高解決問(wèn)題能力有著積極的作用。她觀察到，在美國(guó)高校的教學(xué)中，教師往往通過(guò)提出問(wèn)題、提供線索，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)多種情境，鼓勵(lì)學(xué)生找資料、調(diào)查及討論等活動(dòng)探索解決問(wèn)題的方法。在此過(guò)程中，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主動(dòng)參與者，擴(kuò)展原有知識(shí)體系，提高運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力;而教師則成為輔導(dǎo)者，引導(dǎo)學(xué)生建立各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生思維習(xí)性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的異質(zhì)性和不確定性給予及時(shí)的認(rèn)可和鼓勵(lì)。

2? 研討式教學(xué)在高等工程教育實(shí)踐課程中的應(yīng)用

實(shí)踐課程不應(yīng)僅為了檢驗(yàn)或深化理論知識(shí)，也為學(xué)生應(yīng)用知識(shí)、擴(kuò)展知識(shí)提供了切實(shí)的問(wèn)題情境，是學(xué)生鍛煉動(dòng)手能力、培養(yǎng)工程思維、提高解決工程問(wèn)題能力的重要活動(dòng)。因此，結(jié)合OBE理念設(shè)置問(wèn)題情境，通過(guò)研討引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)與問(wèn)題、問(wèn)題與課程間的支撐關(guān)系，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)探索，構(gòu)建專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合非技術(shù)因素的影響思考問(wèn)題解決的可行方法，逐步形成工程思維。下面以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)暖通空調(diào)綜合課程設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明研討式教學(xué)在其中的應(yīng)用。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程是通過(guò)采用一系列建筑設(shè)備為建筑營(yíng)造一個(gè)適合生產(chǎn)、生活的內(nèi)部環(huán)境，并對(duì)建筑設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以降低建筑能耗，學(xué)科基礎(chǔ)跨土木工程、建筑學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程、工程熱物理四個(gè)一級(jí)學(xué)科。 其中暖通空調(diào)綜合課程設(shè)計(jì)是獨(dú)立于相關(guān)課程空調(diào)與制冷和供熱與鍋爐的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用課程理論知識(shí)，通過(guò)查閱各種文獻(xiàn)資料、技術(shù)手冊(cè)、行業(yè)規(guī)范，學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)計(jì)工具，初步掌握工程設(shè)計(jì)的一般方法，了解工程設(shè)計(jì)的原則和步驟，完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及計(jì)算說(shuō)明書的撰寫，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決一般工程實(shí)際問(wèn)題的能力。筆者根據(jù)課程特點(diǎn)、畢業(yè)要求和學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，將教學(xué)過(guò)程分為思路規(guī)劃、方案討論、計(jì)算和圖紙繪制、設(shè)計(jì)優(yōu)化及成果展示與評(píng)價(jià)四個(gè)階段。

2.1? 思路規(guī)劃

這一階段教學(xué)目標(biāo)是能夠初步建立系統(tǒng)工程概念，初步了解工程設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。在先前相關(guān)理論課程的學(xué)習(xí)中，多數(shù)學(xué)生僅掌握了知識(shí)內(nèi)容本身，對(duì)知識(shí)架構(gòu)缺乏探究，在設(shè)計(jì)初期難以說(shuō)明所學(xué)知識(shí)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的支撐作用。根據(jù)OBE理念，結(jié)合研討式教學(xué)，教師設(shè)立具體的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行集中討論，采用思維導(dǎo)圖分析，拆解任務(wù)，形成初步設(shè)計(jì)思路。

比如在舒適性空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，學(xué)生通過(guò)對(duì)目標(biāo)問(wèn)題的分析找出關(guān)鍵詞——維持、建筑和舒適水平。課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考并提出各級(jí)子問(wèn)題并標(biāo)上序號(hào)（見圖1），然后要求學(xué)生分組討論，思考解決子問(wèn)題的途徑，所涉及的參數(shù)、系統(tǒng)和設(shè)備等信息，明確哪些信息或參數(shù)是已知的或通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料獲得的，哪些參數(shù)是經(jīng)計(jì)算或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)后獲得的。課后要求學(xué)生根據(jù)思維導(dǎo)圖和子問(wèn)題列出本次設(shè)計(jì)的任務(wù)清單及進(jìn)度計(jì)劃，列出完成各步驟所用到的參考文獻(xiàn)。

2.2? 方案討論

思路規(guī)劃之后，可開展系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。該階段要求學(xué)生了解方案設(shè)計(jì)中的技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等影響因素，學(xué)會(huì)通過(guò)查閱行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)等文獻(xiàn)資料解決問(wèn)題，逐步構(gòu)建工程思維，包含獨(dú)立思考、小組討論和班級(jí)討論三個(gè)階段。首先，學(xué)生根據(jù)思維導(dǎo)圖及步驟1、2的計(jì)算結(jié)果，獨(dú)立地對(duì)給定建筑選擇可能的空調(diào)形式和冷熱源形式。其次，學(xué)生在小組內(nèi)就方案的技術(shù)可行性進(jìn)行探討，同時(shí)考慮環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等影響因素;教師適時(shí)介入討論，指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)解決問(wèn)題。最后，每組選出代表性方案參與班級(jí)討論。為提高學(xué)生的積極性，同時(shí)了解專業(yè)相關(guān)崗位的工作內(nèi)容，討論課通過(guò)角色扮演的形式進(jìn)行（見圖2）。

2.3? 計(jì)算及圖紙繪制

該階段學(xué)生根據(jù)方案討論結(jié)果調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃，獨(dú)立進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及計(jì)算書撰寫，要求學(xué)會(huì)通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料深化專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)使用現(xiàn)代專業(yè)工具表達(dá)設(shè)計(jì)思想。在此期間，教師不定時(shí)進(jìn)入小組檢查設(shè)計(jì)過(guò)程，就共性問(wèn)題開展討論，幫助學(xué)生擴(kuò)展設(shè)計(jì)思路，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

2.4? 成果展示與評(píng)價(jià)

最后，為了鞏固學(xué)生對(duì)專業(yè)技術(shù)知識(shí)的掌握，提升工程思維和表達(dá)能力，要求每組學(xué)生展示代表性成果，并根據(jù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范作出評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)重點(diǎn)進(jìn)行歸納、總結(jié)。

3? 結(jié)語(yǔ)

雖然一般工程問(wèn)題的解決有較明確的思路，但因建筑功能、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平等因素的影響，需要設(shè)計(jì)人員具有全局意識(shí)，保障技術(shù)方案的可行、可靠。以O(shè)BE為理念，反向設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，以構(gòu)建學(xué)生工程思維、提高解決工程問(wèn)題能力、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神、提高溝通能力為目標(biāo)，借助研討式教學(xué)模式，從問(wèn)題情境出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生討論、分析問(wèn)題和拆解任務(wù)，通過(guò)知識(shí)回顧及查閱文獻(xiàn)資料建立問(wèn)題任務(wù)與技術(shù)知識(shí)的聯(lián)系;鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)角色扮演學(xué)會(huì)換位思考，結(jié)合工程要求、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平等非技術(shù)因素進(jìn)行方案設(shè)計(jì);要求學(xué)生經(jīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)后進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)。在此過(guò)程中，教師雖然僅是引導(dǎo)和輔助作用，但由于工程設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，教師要做到心中有數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的知識(shí)盲點(diǎn)、邏輯弱點(diǎn)，肯定學(xué)生工作的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、開闊思路，讓學(xué)生既感受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成就感，又清晰地認(rèn)識(shí)到自身的不足，有為解決問(wèn)題而進(jìn)一步學(xué)習(xí)的信心和動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]楊毅剛，孟斌，王偉楠.如何破解工程教育中有關(guān)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的難點(diǎn)：基于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新視角[J].高等工程教育研究，2017（2）：72-78.

[2]周玉容，張安富，李志峰.中國(guó)高等工程教育改革現(xiàn)狀、矛盾與轉(zhuǎn)型：基于公立本科院校工科教師的調(diào)查分析[J].高教發(fā)展與評(píng)估，2020，36（3）：14-23.

[3]張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實(shí)踐邊界：兼議專業(yè)教育的范式轉(zhuǎn)變[J].高等工程教育研究，2020，3：109-115.

[4]宋妍.美國(guó)大學(xué)研討式教學(xué)方法：內(nèi)涵、特點(diǎn)及啟示[J].教師教育論壇，2017，7（30）：86-89.